全 文 :广 西 植 物 Guihaia 30(2):256— 260 2010年 3月
怀地黄 SRAP扩增体系的建立与引物的筛选
周春娥,谷凤平,路淑霞,段红英,周延清
(河南师范大学 生命科学学院,河南 新乡 453007)
摘 要:为建立适合怀地黄 SRAP—PCR分子标记技术体系,通过单因子实验分别研究了 DNA模板浓度、
TaqDNA聚合酶浓度、Mg2+浓度、引物浓度以及 dNTP浓度对怀地黄 SRAP扩增反应 的影 响,确立了适合怀
地黄 SRAP最佳反应体系为:在 25 L的反应体系中,模板 DNA量 20 ng/25 L、2.5 mmol/L Mg抖 、0.32
tlmol/L的上下游引物、0.30 p-mol/L的dNTP以及 2.5 U Taq酶,并利用确定的体系从 88个引物组合中筛选
出 12对适合怀地黄 SRAP—PCR反应 的引物。
关键词:怀地黄;分子标记;扩增体系优化;sRAP;引物的筛选
中国分类号:Q943.2 文献标识码 :A 文章编号:1000—3142(2010)02—0256—05
Establishment 0f SRAP
Rehmannia glutinosa
l ● 一 - - ● I -
am plitication system [or
and primer screening
ZHOU Chun-E,GU Feng-Ping,LU Shu-Xia,
DUAN Hong-Ying,ZHOU YaD-Qing
(College of Li Science,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China)
Abstract:The single factor design was used to optimize SRAP amplification system of 22 Rehmannia glutinosa
lines in five factors(the concentration of template DNA,Taq DNA polymerase,primer,M g0+and dNTP).
SRAP amplification system was established as follows:2.5 mmol/L Mg2+,0.3O mmol/L dNTP mixture,2.5
U Taq DNA polymerase,0.32,umol/L each primer,20 ng template DNA and 2.5 L 10 X PCR buffer in 25 L
SRAP reaction system were the best suitable PCR system. 1 2 primers were collected from 88 primers using
the optimized amplification system above.
Key words:Rehmannia glutinosa;molecular marker;optimization of amplification protocol;SRAP;primer screening
怀地 黄(Rehmannia glutinosa)是驰名 中外 的
四大怀药之一。因产于河南怀庆府而得名。河南每
年都有大量地黄产品销往国内外市场、出口东南亚
和日本等国。地黄已成为河南产区重要的经济来源
之一 。所以,国内外市场对怀地黄的品质 、纯度和地
道性提出更高要求 。然而,目前市场上地黄产品来
源较复杂 ,优劣品种混杂;仍采用传统的形态特征和
系谱来源对其分类研究和遗传分析已不太准确(周
俊英,2002)。为准确鉴定和使用怀地黄药材,克服
传统鉴定方法不易区分品种的不足,为其新品种选
育和育种提供分子依据,本实验利用 SRAP分子标
记技术对 22个怀区地黄材料进行种质多样性鉴定。
目前应用于地黄的遗传标记有 RAPD、SSR等(陈
京荔等,2002;周延清等,2004a,2004b,2005),主要
用于种质资源评价、遗传图谱的构建、重要性状的标
记定位以及基 因定位克隆等方面。相关序列扩增多
态 性 (sequence—related amplified polymorphism,
SRAP),是 由加 利 福尼 亚 大 学 蔬 菜 系 Genyi和
carlOS Quiro于 2002年提 出的一种基于 PCR的标
记技术(Li& Quiros,2001)。它是针对基因外显子
收稿日期:2008-12-22 修回日期 :2009-08—14
基金项 目:国家高技术研究发展计划“863”项目 (2006AA100109)[Supported by National High-Tech Research Development Plan(2006AA10010g)]
作者简介:周春娥(1977一),女 ,山西寿阳人 ,硕士,主要从事植物细胞工程与基因工程方面的研究,(E—mail)zhouchunel800@163.CON。
通讯作者(Author for c0resp0ndence)
2期 周春娥等 :怀地黄 SRAP扩增体系的建立与引物的筛选 257
GC含量丰富而启动子 、内含子 AT含 量丰富 的特
点来设计引物对 ORFs(openreading frames)进行扩
增。 目前 ,SRAP已在马铃薯 、小麦 、油菜 、棉 花、西
瓜、柑橘、莴苣、芹菜、黄瓜、辣椒、菠萝、丹参、药用石
斛、毛木耳、坛紫菜、黄瓜等植物中研究应用(徐晴
等,2005;任羽等,2004;武志朴等,2005;樊洪泓等,
2008;许晓燕等 ,2008;潘俊 松等 ,2008)。但 SRAP
应用于怀地黄的研究未见文献报道。本研究探讨了
SRAP对怀地黄的适应性 ,并 建立 了适合怀地黄 的
扩增体系,为怀地黄基因图谱的构建及分子标记打
下坚实的基础。
1 材料与方法
1.1供试材料
用于 SRAP分析的怀地黄材料见表 1
表 1 供试地黄品种的名称及来源
Table 1 List of varieties and origin of Rehmannia glutinosa
编号 品种名称 来源 编号 品种名称 来源
Number Name Origin Number Name Origin
1 金状元 武陟 12 野生 2号 新乡
2 金黄后 武陟 13 85—5 武陟
3 串地龙 武陟 14 武陟 1号 武陟
4 小黑英 武陟 15 武陟 2号 武陟
5 9104 温县 16 武陟 3号 武陟
6 9302 温县 17 武陟 4号 武陟
7 北京 1号 武陟 18 武陟 5号 武陟
8 北京 2号 武陟 19 武陟 6号 武陟
9 北京 3号 武陟 2O 武陟 7号 武陟
1O 农家 武陟 21 武陟 8号 武陟
11 野生 1号 武陟 22 武陟 9号 武陟
优化反应体系所用的地黄为北京 3号。验证优
化条件所 用 的地 黄 为以上 22个 品种 ,其 中 9104,
9302取 自温县农科所 ,野生 2号取 自生物系花 园,
其余品种均取 自武陟四大怀药农科所 。
1.2方 法
(1)DNA提取 :按 2 x CTAB方法提取基 因组
DNA,DNA 浓 度 及 纯 度 用 GeneQuant ProDNA/
RNA(GE Heahhcare)进行检测 。稀释至所需浓度
后 ,一20℃保存。(2)基本扩增反应体系 :10×Reac—
tion Buffer(含 15 mmol/L Mg抖 )2.5 L,dNTP
Mixture(2.5 mmol/L each)2.5 L,Mg抖 (25
mmol/L)0.5 L,弓f物 (10~mol/L)0.8 L,Taq
DNA聚合酶(2.5 U/L)0.6 L,模板 DNA(57 ng/
L)l L,最后用 ddH O将总体积补至 25 L。(3)
扩增反应体系优化实验:根据香菇及相关作物研究
报道,设计 Mg 浓度 (1.5、2、2.5、3和 3.5 mmol/
L)、Taq DNA 聚 合 酶 (0.5、1、1.5、2、2.5 U/25
L)、引物 浓度 (0.24、0.28、0.32、0.36,和 0。40
/Lmol/L)、模 板 DNA 浓 度 (20、3O、40、5O、6O、700
ng/25 L)、dNTP mixture浓 度 为 0.15、0.20、0.
25、0.3O、0.35 gmol/L。5种 因素不 同水平梯度进
行相关实验。SRAP扩增反应在杭州大河科技有限
公司XP基因扩增仪上进行。94℃预变性 3 min,
然后前 5个循 环为 94℃ 变性 1 min,35℃退火 1
min,72℃延伸 1 min,后 35个循环仅将退火温度升
为 5O℃,最后 72℃延伸 7 min。用 Me6和 Em2引
物组合进行 PCR扩增以确定最佳反应体系。取 lO
~LSRAP扩增 产物 与 2 L溴酚 蓝混合后在 含有
EB(0.5 g/mL)2.0 的琼脂糖凝胶(1×TAE)上 电
泳,扩增图谱采用 OLYMPUS数码相机在紫外 270
nm 下拍摄 。(4)引物的筛选 :本研究所用引物为 8
条正向引物和 l1条反 向引物,如表 2所示 ,一共可
组合成 88对引物 ,利用优化实验所确定出的最佳体
系筛选 出最佳引物对 。
2 结果与分析
2.1 SRAP-PCR反应体系的优化实验
Mg 是 Taq酶的激活剂 ,反应混合物中 Mg
浓度对 PCR反应的特异性和扩增效率均有影响 。5
种 Mg抖浓度下试验结果 (图 1)表明,Mg抖浓度为
1.5 mmol/L和 2.0 mmol/L时,扩增 结果 基本一
致 ,条带清晰,两者 比较 ,2.0 mmol/L时,特异性条
带扩增效果更亮。2.5 mmol/L和 3.0 mmol/L时
条带增多。由此确定 2.5 mmol/L为此扩增体系的
最佳浓度 。
Taq DNA聚合酶的用量过大会造成浪费,并且
会导致非特异性扩增;用量过小 ,会影响扩增效率,
降低扩增 产物 的产量 。因此 ,本试验对 Taq DNA
聚合酶的用量设 5个处理进行 了比较,扩增后的电
泳检测结果如图 2所示 ,泳道 3、4、5中仅有少数几
条主带,说明这 3个泳 道 Taq DNA聚合酶用量过
低;泳道 1和 2条带清晰明亮,主带较前 3个泳道明
显增多。而当 Taq DNA 聚合酶用量为 2.5 U时 ,
扩增条带进一步增多达到最多 ,清晰度也最好 ,主带
也明显增多。因此确定 SRAP扩增反应体系中Taq
DNA聚合酶的用量为 2.5 U 比较合适。
258 广 西 植 物 30卷
图 1 Mg +浓度对 SRAP扩增结果的影响
(test strain No.9,下 同)
Fig.1 Effect of different Mg +concentrations on
SRAP products from Rehmannia glutinosa
M.marker(Gene Ruler 100 bp DNA Ladder Plus),the
same bdow;1,2,3,4,5:Mg concentrations were
1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 mmol/L
图 2 Taq酶浓度对 SRAP扩增结果的影响
Fig.2 Effect of different Taq DNA polymerase concen-
trations On SRAP products from Rehmannia glutinosa
1,2,3,4,5.Taq DNA polymerase were 0.5.
1.0,1.5,2.0,2.5 U/25“L
引物用量少,与模板 DNA结合效率低,产物的
产量就会受到影响。引物用量过大,会增加非特异
性结合的机率;也会增加引物之间形成引物二聚体
的概率;本试验对 5个引物用量不同的试样扩增后
的电泳结果如图 3所示,北京 3号在供试 5个引物
浓度下,均能扩增 出一定的条带 ,随着引物浓度的升
高 ,扩增条带由弱到强 ,当引物浓度为 0.32/~mol/L
时,反应稳定 ,条带清晰。考虑到引物浓度过高会增
加引物二聚体 的形 成机 率,故 将 引物浓 度确定 为
0.32/*mollL为宜。
图 3 引物浓度对 SRAP扩增结果的影响
Fig.3 Effect of different primer concentrations on
SRAP products from Rehmannia glutinosa
1,2,3,4,5.Primer concentrations were 0.24,
028,0.32,0.36,0.4O~mol/L
模板 DNA对 PCR结果有重要作用,它的用量
关系着产物的产量和特异性。本试验对 6个用量不
同的模板 DNA扩增后的电泳结果(图 4)表明,在
25 L体系中加入模板 DNA浓度从 2O~7O ng均
有清晰的电泳条带出现,其结果稍有不同,加入模板
DNA 70 ng时 ,出现一条大约 2 000 bp的一条带,
但条带不清晰,随着用量的减少,逐渐模糊,但其它
条带变得清晰,用量为 20 ng时条带最为清晰,因此
认为加入模板 DNA浓度为 20 ng/25 L时,SRAP
2期 周春娥等:怀地黄 SRAP扩增体系的建立与引物的筛选 259
条带数丰富、清晰且稳定,故确定为最适浓度。
图 4 模板 DNA浓度对 SRAP扩增结果 的影响
Fig.4 Effect of genetic DNA concentrations on SRAP
amplification products from Rehmannia glutinosa
1,2,3,4。5,6.DNA concentrations were 70。60,
50,40,3O,20 ng DNA/25,uL
dNTP为 PCR中 Taq DNA聚合酶提供底物,
使得产物得以延伸。本试验对 dNTP用量不同的 5
个试样扩增后 的电泳检测结果 如图 5所示 ,5个泳
道 中均 有条 带 出现 ,dNTP浓度 为 0.3O mmol/L
时,电泳条带最为清晰。随着浓度的升高,一部分
dNTP竞争了 Mg 而使 Taq DNA聚合酶活性下
降出现条带缺失的现象。因此我们确定 dNTP浓
度为 0.3O mmol/L较为适宜 。
图 5 dNTP浓度对 SRAP扩增结果的影响
Fig.5 Effect of dNTP concentrations on SRAP ampli-
fication products from Rehmannia glutinosa
1,2,3.4,5.dNTP concentrations were 0.15,
0.2,0.25,0.30,0.35 mmol/L
2.2 SRAP—PCR反应体 系的确立
从结 果 稳 定 性 和 经 济 性 出 发,确 立 怀 地 黄
SRAP扩增最佳反应体系模板 DNA 20 ng,Mg 浓
度为 2.5 mmol/L,引物 0.32~mol/L,dNTP浓度
O.30 mmol/L,Taq DNA聚合酶 2.5 U,反应总体
积为 25 L。
以上述确定条件 ,用 Me8和 Em6组合引物在
22个供试地黄品种中进行扩增验证 (图 6)。可见扩
增谱带清晰,品种间有不同程度的多态性。
图 6 Me8和 Em6引物组合的 SRAP扩增谱带
Fig.6 SRAP products from 22 Rehmannia glutinosa varieties using primers Me8 and Em6(1-22 showed in table 1)
2.3 SRAP分子标记引物的筛选
采用 8条正向引物与 11条反 向引物 ,一共有 88
个引物组合,利用优化体系筛选出的引物一共有 12
对(表 3),部分引物筛选结果(图 7,8)。从 图 7看 出,
Me8/Em5,Me8/Em6,Me8/Em7这 3对引物扩增中
的条带比较多而且清晰;从图8看出Me5/Em1,Me5/
Em3,Me5/Em4,Me6/Eml,Me6/Ern2,Me6/Em3这 6
对引物条带也比较多。所 以这 9对 引物可以用于怀
地黄 22个品种 SRAP遗传多样性 的研究,另外通过
其他组合中又筛选出 3对引物(图略),一共是 12对
引物 。
4 讨论
影响 PCR扩增效果的技术环节主要包括扩增程
序、DNA的提取、扩增体 系和扩增产物的检测。通
常,扩增程序对 PCR扩增 效果影响较大,但是 由于
SRAP引物具有通用性,不同作物采用的引物组合往
26O 广 西 植 物 30卷
往是相同的,因此扩增程序对 SRAP—PCR扩增结果
影响不大。目前在SRAP-PCR中使用的扩增程序有
图 7 Me8和 Eml一11引物组合的 SRAP扩增谱带
Fig.7 SRAP products using primers M e8 and Eml一1 1
1,2,3,4.5,6,7,8,9.10,11.Me8/Eml,M e8/Em2,
Me8/Em3,Me8/Em4,Me8/Em5,Me8/Em6,Me8/Em7,
Me8/Em8。Me8/Em9,Me8/Eml0,Me8/Eml1
2种。第 1种是 Li& Quiros(2001)提出的退火变
温法,即最初 5个循环的退火温度设为 35℃,后 3O
个循环的退火温度升高为 5o℃。第 2种是 Budak
等(2004)所使用的程序:94℃变性 1 rain,47℃退
火 1 min,72℃延 伸 1 rain(35个 循环),72℃ 5
rain。前者因为后 3O个循环中所用的退火温度比
后者高,扩增结果更稳定。本试验采用的扩增程序
与第 1种相近,最初退火温度为 35℃的循环数仍为
5,随后退火温度为 5O℃的循环数则设定为 35,获
图 8 引物筛选的扩增谱带
Fig.8 SRAP products of selecting primers
1。2,3,4,5,6,7,8.MeS/Eml,M e5/Em2。Me5/Em3,MeS/Em4,
Me6/Eml,Me6/Em2,Me6/Em3,Me6/Em4
表 3 筛选取出的引物序列
Table 3 List of the selected primer sequences
得了较理想的试验结果。
SRAP标记是基 于 PCR 标记系统 的,故 PCR
扩增体系中DNA、Mg抖、引物、dNTP Mixture、Taq
DNA聚合酶等各组分的用量会影响扩增结果。本
试验在优化 SRAP扩增体系时也发现 ,Mg 、引物 、
Taq DNA聚合酶作为 PCR扩增的原料,有一个相
对适宜的用量范围 ,浓度过低 ,不能满足扩增要求,
浓度过高 ,组分间可能会产生竞争 ,影响扩增效果。
在对模板 DNA进行优化时发现 SRAP扩增对模板
DNA的浓度要求不高,在实验中发现甚至 4 ng的
模板都可扩增出条带。这与任羽等(2004)、武志朴
(2005)的研究结果基本一致 ,说明 SRAP分子标记
对 DNA模板要求不高。
SRAP一般使用 PAGE 电泳 检测 PCR产物 ,
本试验采用琼脂糖凝胶电泳检测 ,亦获得较丰富的
多态性。本试验优化的 SRAP扩增反应体系在 22
个供试地黄品种中均获得稳定、清晰谱带,品种间表
现不同程度多态性。SRAP标记系统建立为该技术
在地黄等四大怀药遗传多样性、系统发育和育种研
究 的广泛应用奠定 了良好的基础 。
参考文献:
潘俊松,王剐,李效尊,等.2005.黄瓜SRAP遗传连锁图的构建
(下转第 273页 Continue On page 273)
2期 陈文娟等:半制备高效液相色谱制备 5种苯乙醇苷类单体 273
mm×250 mm,5 m)半制备色谱柱上,以甲醇一水为
流动相,流速为 4 mL/min,采用梯度洗脱方式,在
较短的时间内(26 min)一次可从牛耳朵中制备分离
得到5种苯乙醇苷类单体,高效液相色谱分析表明
所制备的 5种化合物 的纯度均 高于 98 。该方法
具有操作方便、高效、经济的特点,制备的 5种苯乙
醇苷类单体均可作为对照品。
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0 ●0 ●0 ●o ●0 ●<> ●o ●o ●o ●0 ●0 ●<> ●0 ●o ●o ●o ●o ●o ●< >●o ●( >●0 ●0 ●o ●0 ●0 ● o ●< >●o ●o ●o ●0 ●0 ●<> ●<> ●0 ●0 ●0 ●0 ●0 ●0 ●0 ●o ●o ●o ●o ●o ●0 ● 0 ●
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